Kapitel 13: Frequenzaufbereitung

In diesem Kapitel geht es anhand von Blockschaltbildern darum, wie Sender und Empfänger prinzipiell aufgebaut sind.


Übersicht zum Kapitel 13

Blockschaltsymbole

In diesem Kapitel wird eine Reihe von Blockschaltbildern gebraucht. Es folgt eine kleine Auswahl von gebräuchlichen Symbolen für die Sender- und für die Empfängertechnik. Es gibt sehr viel mehr davon.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-1: Einige Symbole in Blockschaltbildern


Beim Blockschaltbild für den HF-Generator (Oszillator) lässt man gelegentlich die drei Wellenlinien weg, wenn es eindeutig ist, dass der gezeichnete Block kein Gleichspannungsgenerator (Netzteil) sein kann. Oder man lässt das G weg und zeichnet nur die drei Wellenlinien, manchmal in Kombination mit einem Quarz, wenn man einen Quarzoszillator darstellen möchte. Das Prinzip der Symbolik beim Tiefpass ist: Obere Frequenzen sperren (durchgestrichen), untere durchlassen. Entsprechend gibt es auch einen Hochpass. Dabei ist die untere Wellenlinie durchgestrichen. Ein Frequenzumformer kann ein Frequenzteiler oder ein Frequenzvervielfacher sein.
Manchmal schreibt man einfach nur Zahlen hinein, beispielsweise links eine 4 rechts eine 1. Dann ist es ein Frequenzteiler 4 zu 1. Links eine 1, rechts eine 3 wäre ein Frequenzverdreifacher.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-2: Symbole in Sender- und Empfänger-Blockschaltbildern


Nach der neuesten DIN-Norm zeichnet man Antennen nach oben offen. Die Wirkungsrichtung der HF wird bei Bedarf mit einem Pfeil gekennzeichnet. Bei einer Empfangsantenne wäre der Pfeil anders herum. Ohne Pfeil ist es eine Sende- oder Empfangsantenne.

Der Sender

Zunächst muss eine hochfrequente Trägerschwingung erzeugt werden. Dies geschieht mit Hilfe eines „Oszillators“ (Lektion 7). Meist wird die sinusförmige Frequenz nicht direkt auf der eigentlichen Senderfrequenz erzeugt sondern diese entweder durch Frequenzvervielfachung oder durch Frequenzmischung in den gewünschten Frequenzbereich gebracht. Dieses Signal wird dann in einem Hochfrequenz-Leistungsverstärker (Lektion 6) verstärkt und über Hochfrequenzleitungen (Lektion 10) der Antenne (Lektion 9) zugeführt.

In folgenden Blockschaltbildern (Bild 13-3) sind die grundsätzlichen Prinzipien der Senderfrequenzaufbereitung gegenübergestellt. Die stark gerahmten Blöcke stellen die Prinzipien der Senderfrequenzaufbereitung dar. Während bei Telegrafiesendern

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-3: Senderprinzipien für CW, FM und SSB


und bei FM-Sendern beide Prinzipien möglich sind, kann die Frequenzaufbereitung bei SSB-Sendern nur durch Mischung erfolgen.

In der Übersicht Bild 13-3 sind auch die Modulationsprinzipien zu erkennen. Beim Telegrafiesender (CW) braucht nur ein- und ausgeschaltet zu werden. Man tastet nicht den Oszillator sondern die darauf folgende Pufferstufe. Bei einem FM-Sender wird der Oszillator moduliert und bei SSB erfolgt die Modulation in einem Balancemodulator.

Das Frequenzvervielfacherprinzip

Früher - vor dem Jahr 1982 - als die Funkamateure im Kurzwellenbereich nur die „klassischen“ Amateurfunkbänder zur Verfügung hatten, gab es folgende Frequenzbereiche, welche noch heute den Schwerpunkt des Amateurfunkverkehrs bilden.

Band     Frequenzbereich
80 m     3,5 - 3,8 MHz
40 m     7,0 -7,1 MHz
20 m     14,0 - 14,35 MHz
15 m     21,0 - 21,45 MHz
10 m     28,0 - 29,7 MHz
2 m       144 - 146 MHz
70 cm    432 - 440 MHz

Es fällt auf, dass zumindest der jeweilige Bandanfang der Kurzwellenbänder zwischen 3,5 und 28 MHz im Frequenzbereich immer das Doppelte oder Dreifache der Frequenz beträgt. Der Grund war damals, dass Oberwellen des normalerweise selbst gebauten Senders nur die Funkamateure selbst stören konnten und nicht in einen fremden Bereich fallen. Auch die dreifache Frequenz vom 2-m-Band fällt in das 70-cm-Band.

Bei einem Selbstbausender für alle zugelassenen Kurzwellenbänder machte man es damals so, dass man einen stabilen Oszillator für 3,5 MHz baute und dann für die anderen Kurzwellenbänder jeweils Frequenzverdoppler oder Frequenzverdreifacher dahinter schaltete. Ein Sender für alle Kurzwellenbereiche sah im Blockschaltbild folgendermaßen aus.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-4: Frequenzaufbereitung mit Vervielfachern


Steht der Stufenschalter wie im Bild gezeichnet ganz unten, wird die erzeugte Senderfrequenz im 80-m-Band (3,5 MHz) direkt zum Senderverstärker geleitet. Schaltet man eine Stufe höher, geht das Signal über einen Frequenzverdoppler (f / 2f). Man erhält 7 MHz.


Prüfungsfrage
TG103  Das Blockschaltbild stellt einen Mehrbandsender dar. Welche Frequenz entsteht am Ausgang X, wenn der VFO auf 3,51 MHz eingestellt ist?
3,55 MHz
7,02 MHz
21,06 MHz
14,04 MHz

Hinweis: Siehe Bild 13-4! Rechnen Sie 3,51 x 2 x 2!


Prüfungsfrage
TG104  Am Ausgang X dieser Senderaufbereitung wird eine Frequenz von 21,360 MHz gemessen. Welche Frequenz hat der VFO?
5,340 MHz
4,272 MHz
7,120 MHz
3,560 MHz

Hinweis: Siehe Bild 13-4! Rechnen Sie 21,36 : 3 : 2!

Dieses Prinzip der Frequenzvervielfachung wird auch bei FM-Sendern angewendet, die mit einem Quarzoszillator arbeiten. Grundtonquarze gibt es nur bis ca. 15 MHz. Um eine Frequenz von 144 oder 432 MHz zu erreichen, verdoppelt oder verdreifacht man diese Frequenz mehrfach. Dabei gibt es verschiedene Kombinationsmöglichkeiten, beispielsweise ausgehend von 6 MHz:

6 - 12 - 24 - 48 - 144 - 432
6 - 12 - 36 - 72 - 144 - 432

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-5: FM-Sender nach dem Vervielfacherprinzip


Prüfungsfrage
TG105  Welche Schaltungen sind bei den Stufen " A " und " B " des dargestellten Senders erforderlich?
Je ein Frequenzverdreifacher.
Ein Frequenzverdreifacher und ein Frequenzverdoppler.
Ein Frequenzvervierfacher und ein Frequenzverdoppler.
Ein Oberwellenmischer und eine Treiberstufe.


Prüfungsfrage
TG220  Ein quarzgesteuertes Funkgerät mit einer Ausgangsfrequenz von 432,050 MHz verursacht Störungen bei 144,017 MHz. Der Quarzoszillator des Funkgeräts schwingt auf einer Grundfrequenz bei 12 MHz. Mit welcher Vervielfachungskombination wird wahrscheinlich die Ausgangsfrequenz bei 432 MHz erzeugt?
Die Abfolge der Vervielfachungsstufen ist
3 mal 2 mal 3 mal 2.
 2 mal 3 mal 3 mal 2.
3 mal 3 mal 2 mal 2.
2 mal 2 mal 3 mal 3.


Prüfungsfrage
TG221  Auf welcher Frequenz muss der Quarzoszillator schwingen, damit nach dem Blockschaltbild von der PA die Frequenz 145 MHz verstärkt wird?
20,714285 MHz
36,250000 MHz
12,083333 MHz
24,166666 MHz

Bei FM-Sendern vervielfacht sich auch der Hub der Frequenzmodulation mit dem Vervielfachungsfaktor.


Beispiel
Welcher Ausgangsfrequenzhub ergibt sich bei einem FM-Sender im 2-m-Band, wenn der Quarzoszillator mit einem Quarz bei 6 MHz arbeitet und ein Frequenzhub von 125 Hz verwendet wird?

Lösung: Es ergeben sich durch Verdopplungen und Verdreifachungen beispielsweise folgende Frequenzen:
Quarzfrequenz plus Hub = 6,000125 MHz

6,000125 (x2) ->> 12,000250 (x3) ->> 36,000750 (x2) ->> 72,001500 (x2) ->> 144,003000 MHz.

Es wird also ein Frequenzhub von 3 kHz erreicht. (Die 3 steht an 3. Stelle hinter dem Komma, also Kilohertz.) Aus 125 Hz sind 3 kHz Hub geworden, also 24 mal so viel. Die Frequenz selbst ist von 6 MHz auf 144 MHz vervielfacht worden, also auch vervierundzwanzigfacht.


Prüfungsfrage
TE209  Ein 2-m-Sender erzeugt seine Ausgangsfrequenz durch Vervielfachung von einem 12-MHz-Oszillator. Der Hub der Ausgangsfrequenz soll 5 kHz nicht überschreiten. Wie groß darf der Hub der Oszillatorfrequenz sein?
0,417 kHz
5 kHz
60 kHz
12,083 MHz

Lösung: Von 12 MHz auf 144 MHz ist eine Verzwölffachung. Also muss der Ausgangshub durch zwölf geteilt werden.

Damit der Ausgangsfrequenzhub nicht beliebig groß werden kann, muss der Hub beim Oszillator begrenzt werden. Man macht dies dadurch, dass man die Niederfrequenzspannung in der Amplitude begrenzt, beispielsweise durch die Antiparallelschaltung mit zwei Dioden.


Prüfungsfrage
TG102  Diese Schaltung ermöglicht
die HF-Pegelbegrenzung und –einstellung bei FM-Funkgeräten.
die Hubbegrenzung und –einstellung bei FM-Funkgeräten.
die Erzeugung von Amplitudenmodulation.
die Erzeugung von Phasenmodulation.

Das Einfachmischprinzip

Bei SSB-Sendern kann man das Prinzip der Frequenzvervielfachung nicht anwenden, weil dann die Seitenbänder auch einen der Vervielfachung entsprechenden Abstand vom Träger hätten. Nach der Demodulation wäre das Signal nicht mehr verständlich.


Beispiel
Ein SSB-Sender mit der (unterdrückten) Trägerfrequenz von 14 200 kHz (14,2 MHz) sei mit den Frequenzen
f1 = 1 kHz und f2 = 2 kHz im oberen Seitenband moduliert.
a) Welche Ausgangsfrequenzen ergeben sich?
b) Welche Ausgangsfrequenzen ergeben sich bei einer Frequenzverdopplung auf 28 MHz?
Lösung: Das Ausgangssignal hat die Frequenzen 14201 und 14202 kHz (Summe Träger plus NF). Wenn dieses Signal frequenzverdoppelt wird, entstehen die Frequenzen 28 402 und 28 404 kHz. Setzt man nun den unterdrückten Träger von 28 200 kHz bei der Demodulation wieder dazu, haben die Seitenbänder einen Abstand von 2 bzw. 4 kHz anstatt 1 und 2 kHz. Die Töne sind in der Frequenz doppelt so hoch geworden, Sprache würde man nicht mehr verstehen können.


Um bei SSB-Sendern von einer Modulator-Festfrequenz auf die gewünschte Endfrequenz zu kommen, wendet man das Prinzip der Frequenzmischung an. Hierbei wird die Modulationsfrequenz nicht beeinflusst. Bei SSB-Sendern benutzt man eine Frequenzaufbereitung mit einem Seitenbandfilter um 9 MHz (Siehe Abschnitt Balance-Mischer). Mit einem Mischer soll nun das modulierte 9-MHz-Signal auf die gewünschten Endfrequenzen gebracht werden. Eine Mischstufe hat folgende Eigenschaften (Bild 13-6).

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-6: Blockschaltbild einer Mischstufe


Am Ausgang einer Mischstufe entstehen neue Frequenzen, unter anderem die Summe und die Differenz der beiden gemischten Frequenzen. Eine Mischstufe verhält sich wie ein Modulator, bei dem auch die Summe und die Differenz von Träger- und Informationsfrequenz entstehen. Der Unterschied zu einem Modulator ist, dass es sich hier bei beiden Frequenzen um Hochfrequenz handelt. Beim Modulator ist eine Frequenz die Hochfrequenz und die andere die Niederfrequenz. Hinter einem schmalen Bandpass kann man dann eine der neu entstandenen Frequenzen aussieben.


Prüfungsfrage
TF304  Welches sind die wichtigsten Ausgangsfrequenzen, die bei der Mischung einer Frequenz von 30 MHz mit einer Frequenz von 39 MHz entstehen?
39 MHz und 69 MHz
9 MHz und 39 MHz
30 MHz und 39 MHz
9 MHz und 69 MHz


Prüfungsfrage
TF306  Einem Mischer werden die Frequenzen 136 MHz und 145 MHz zugeführt. Welche Frequenzen werden beim Mischvorgang erzeugt?
9 MHz und 281 MHz
127 MHz und 154 MHz
272 MHz und 290 MHz
140,5 MHz und 281 MHz


Prüfungsfrage
TG226  Welche wesentlichen Ausgangsfrequenzen erzeugt die in der Abbildung dargestellte Stufe?
21,4 und 105,4 MHz
42 und 63,4 MHz
21 und 63,4 MHz
10,7 und 52,7 MHz


Prüfungsfrage
TG228  Um zu vermeiden, dass unerwünschte Mischprodukte die Senderausgangsstufe erreichen, sollte das Ausgangssignal des Mischers
gut gefiltert werden.
unmittelbar gekoppelt werden.
an einen linear dämpfenden Transistor angeschlossen werden.
an eine Widerstandskopplung angeschlossen werden.

Macht man eine der beiden Generatorfrequenzen einstellbar, erhält man eine einstellbare Ausgangsfrequenz. Den Oszillator mit der einstellbaren Frequenz bezeichnet man als VFO (variable frequency oscillator). Mischt man nun die Frequenzen eines VFO mit der Festfrequenz eines Quarzoszillators CO (crystal oscillator), erhält man wieder eine variable Ausgangsfrequenz.

Beispiel
Ein 9-MHz-Quarzoszillator wird mit einem VFO mit dem Frequenzbereich von 5,0 bis 5,5 MHz gemischt. Welche Ausgangsfrequenzen entstehen?

Lösung: Es entstehen folgende Frequenzen:
9 + 5,0 = 14,0 9 + 5,5 = 14,5
9 - 5,0 = 4,5 9 - 5,5 = 3,5
Das sind Frequenzbereiche 14,0 bis 14,5 MHz und 3,5 bis 4 MHz. Teile davon sind das 20-m-Band oder das 80-m-Band.

Aufgabe
Welchen Frequenzbereich müsste ein VFO haben, damit bei Mischung mit 9 MHz genau der Frequenzbereich für das 15-m-Band entsteht?

Lösung: Aus der Frequenztabelle vom Anfang dieser Lektion entnehmen Sie für das 15-m-Band den Frequenzbereich 21,0 MHz bis 21,45 MHz. Davon 9 MHz subtrahiert ergibt 12,0 bis 12,45 MHz. Für jedes Amateurfunkband ist also ein eigener VFO mit anderen Frequenzbereichen notwendig. Dies ist sehr aufwändig.

Balance-Mischer

Nach dem gleichen Prinzip der Mischung funktioniert ein Balance-Mischer für die SSB-Aufbereitung.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-7: Balance-Mischer


Nehmen wir einmal an, der Niederfrequenzbereich vom Mikrofon geht von 0,3 bis 2,7 kHz, wie es im Amateurfunk üblich ist. Der Schalter in Bild 13-7 steht auf USB. Die Quarzfrequenz sei 8,9985 MHz.

Aufgabe
Berechnen Sie den Frequenzbereich am Ausgang des Mischers.

Lösung: Summen


Differenzen


Ein typisches 9-MHz-SSB-Filter (gestrichelte Kurve in Bild 13-8) hat eine Bandbreite von 2,4 kHz (±1,2 kHz). Im Bild A erkennt man, dass die Summe (oberes Seitenband) genau durchgelassen wird.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-8: Seitenbandumschaltung mit 9-MHz-SSB-Filter


Rechnen Sie einmal aus, welche Seitenbandfrequenzen entstehen, wenn der Quarz auf 9,0015 MHz umgeschaltet wird. Anschließend schicken Sie dieses DSB-Signal wieder durch das gleiche 9-MHz-Filter. Sie erhalten Bild B, also das untere Seitenband (LSB lower side band).


Prüfungsfrage
TG227  Welche Mischerschaltung unterdrückt am wirksamsten unerwünschte Mischprodukte und Frequenzen?
Ein balancierter Ringmischer
Ein stabilisierter Produktdetektor
Ein optimierter Transistormischer
Ein optimierter Diodenmischer


Prüfungsfrage
TF305   Welchen Mischertyp würden Sie einsetzen, um ein Doppelseitenbandsignal mit unterdrücktem Träger zu erzeugen?
Einen einfachen Transistormischer
Einen Balancemischer
Einen einfachen Diodenmischer
Einen quarzgesteuerten Mischer


Prüfungsfrage
TG101  Dieses Blockschaltbild zeigt einen SSB-Sender. Wel­che Stufe muss beim " ? " arbeiten?
Ein ZF-Notchfilter als Seitenbandsperre 
Ein USB-Hochpass als Trägerfrequenzsperre
Ein LSB-Tiefpass als Trägerfrequenzsperre
Ein Quarzfilter als Seitenbandsperre


Prüfungsfrage
TG106  Die folgende Blockschaltung zeigt eine SSB-Aufbereitung mit einem 9-MHz-Quarzfilter.

Welche Frequenz wird in der Schalterstellung USB mit der NF gemischt?

8,9970 MHz
8,9985 MHz
9,0000 MHz
9,0030 MHz


Prüfungsfrage
TG107  Welches Schaltungsteil ist in der folgenden Blockschaltung am Ausgang des NF-Verstärkers angeschlossen?
Ein Balancemischer
Ein symmetrisches Filter
Ein Ringdemodulator
Ein unsymmetrischer Mischer


Prüfungsfrage
TG108  Die typische Bandbreite des in der Blockschaltung dargestellten NF-Verstärkers ist
ca. 1000 Hz.
ca. 6 kHz.
ca. 2,5 kHz.
ca. 9,0 MHz.


Prüfungsfrage
TG202   Welcher Frequenzgang ist am besten für den Mikrofonverstärker eines Sprechfunkgeräts geeignet?


Prüfungsfrage
TG203  Um Splatter bei Telefonie auf ein Mindestmaß zu begrenzen, sollte die NF-Bandbreite auf etwa
25 kHz beschränkt werden.
12,5 kHz beschränkt werden.
3 kHz beschränkt werden.
455 kHz beschränkt werden.


Prüfungsfrage
TG213  Wie wird ein SSB-Signal erzeugt?
Im Balancemodulator wird ein Zweiseitenband-Signal erzeugt. Das Seitenbandfilter selektiert ein Seitenband heraus.
Im Balancemodulator wird ein Zweiseitenband-Signal erzeugt. Ein auf die Trägerfrequenz abgestimmter Saugkreis filtert den Träger aus.
Im Balancemodulator wird ein Zweiseitenband-Signal erzeugt. Ein auf die Trägerfrequenz abgestimmter Sperrkreis filtert den Träger aus.
Im Balancemodulator wird ein Zweiseitenband-Signal erzeugt. In einem Frequenzteiler wird ein Seitenband abgespalten.


Prüfungsfrage
TG214  Für die Erzeugung eines SSB-Signals wird ein Gegentaktmodulator verwendet. Das zur Unterdrückung eines Seitenbandes nachgeschaltete Filter sollte über
455 kHz Bandbreite verfügen.
800 Hz Bandbreite verfügen.
2,4 kHz Bandbreite verfügen.
10,7 MHz Bandbreite verfügen.


Prüfungsfrage
TF318  Der Ausgang eines richtig eingestellten Balancemischers enthält
die zwei Seitenbänder.
viele Mischprodukte.
einen verringerten Träger plus Seitenbänder.
den vollständigen Träger.


Prüfungsfrage
TF407  Welche Baugruppe sollte für die Erzeugung eines unterdrückten Zweiseitenband-Trägersignals verwendet werden?
Gegentakt-Transistor
Quarzfilter
Balancemischer
Doppeldiode


Prüfungsfrage
TF426  Welche Baugruppe erzeugt ein Zweiseiten­bandsignal mit unterdrücktem Träger?
Ein Balancemischer
Ein Seitenbandfilter
Der Tiefpass
Der ZF-Verstärker


Prüfungsfrage
TF428  Durch welchen Mischer werden unerwünschte Ausgangssignale auf ein Mindestmaß begrenzt?
Produkt-Demodulator
Balancemischer
Dualtransistormischer
Doppeldiodenmischer

Das Mehrfachmischprinzip

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-9: Blockschaltbild für die Frequenzaufbereitung bei Zweifachmischung


Bei der Mehrfachfrequenzmischung (zum Beispiel zweifach) arbeitet man mit einem einzigen, also nicht umschaltbaren VFO (G2) für alle Kurzwellenbänder. Dadurch kann für den Oszillator in Bezug auf Linearität und Frequenzstabilität ein hoher Aufwand getrieben werden. Durch Mischung mit der konstanten Trägerfrequenz (SSB-Filterfrequenz aus G1) entsteht ein neuer Frequenzbereich, den man Zwischenfrequenz nennt. Durch eine weitere Mischung wird dieser in den gewünschten Frequenzbereich gebracht.

Dieses Zweifachmischprinzip soll an einem seinerzeit weit verbreiteten Transceiver von Heathkit etwas genauer erläutert werden. Der SB101 arbeitete mit einer Filterfrequenz zur Trägerunterdrückung mit 3,395 MHz und einem VFO-Frequenzbereich von 5,0 bis 5,5 MHz. Die sich ergebende Zwischenfrequenz von 8,395 bis 8,895 MHz musste mit Hilfe eines umschaltbaren Quarzoszillators in den gewünschten Frequenzbereich gemischt werden.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-10: Blockschaltbild der Frequenzaufbereitung eines Senders mit Zweifachfrequenzmischung

Beispiel
Welchen Frequenzbereich muss der Quarzoszillator CO haben, wenn ein Ausgangsfrequenzbereich von 3,5 bis 4,0 MHz entstehen soll?

Lösung: 4,0 + 8,395 = 12,395

Wenn die VFO-Frequenz 5,0 MHz eingestellt ist, entsteht eine ZF von 8,395 MHz. Diese mit 12,395 MHz gemischt, ergibt als Differenz 4,0 MHz. Ist der VFO aber auf 5,5 MHz eingestellt, ergibt sich als ZF 8,895 MHz. Diese mit 12,395 MHz gemischt, ergibt als Differenz 3,5 MHz.
12,395 MHz - 8,895 MHz = 3,5 MHz

Es konnte mit diesem Sender also das gesamte 80-m-Band sogar mit etwas Reserve überstrichen werden.

Phasenregelkreise PLL

Wie Sie gleich noch erfahren werden, besteht eine PLL-Schaltung (phase locked loop) aus einem durch eine Spannung in der Frequenz steuerbaren Oszillator (VCO = voltage controlled oscillator) und einer Regelschleife (loop), die durch einen Phasenvergleicher (phase) geregelt wird.

Der VCO

Das Herz der PLL ist der frei schwingende Oszillator, der mit einer Gleichspannung in der Frequenz verändert werden kann (VCO). Wie in Bild 13-11 zu sehen ist, wird eine Diode als veränderbare Kapazität geschaltet (Kapazitätsdiode: Siehe Lektion 5).

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-11: Schaltungsauszug eines VCO


Wenn in obiger Schaltung die von außen zugeführte Gleichspannung positiver wird, erhält die Kapazitätsdiode mehr Sperrspannung und ihre Kapazität wird kleiner. Dadurch erhöht sich die Frequenz des Schwingkreises und damit des VCO. Die Größe der Frequenzänderung pro Volt Regelspannungsänderung nennt man Regelempfindlichkeit.


Prüfungsfrage
TD705  Die Ausgangsfrequenz eines VCO ändert sich von 16,5 MHz auf 16,75 MHz, wenn sich die Regelspannung von 5,1 V auf 7,6 V ändert. Welche Regelempfindlichkeit hat der VCO?
50 kHz /V
250 kHz/V
100 kHz /V
1 MHz/V

Lösung machen?

Um die Frequenz stabil zu halten, wird der VCO in eine Regelschleife (PLL) eingebunden. Dazu wird die Ausgangsfrequenz einem Frequenzteiler mit dem Teilerfaktor np zugeführt. Diese Teilerfunktion wird in neueren Geräten oft von einem Mikroprozessor gesteuert. Die heruntergeteilte Frequenz wird in einem Phasenvergleicher Δφ mit einer von einem Quarz abgeleiteten Frequenz verglichen.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-12: PLL Regelschleife


Der Phasenvergleicher liefert ein Korrektursignal, wenn die Frequenzen (Phasen) beider Signale nicht übereinstimmen. Dies funktioniert so: Vom Frequenzteiler kommt ein Rechtecksignal, wie es im folgenden Bild B dargestellt ist. Vom Quarzgenerator kommt das Referenzsignal A.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-13: Übereinstimmende Phasen bei gleicher Frequenz


Wenn beide Signale in der Frequenz genau übereinstimmen, stehen die Flanken der Rechtecke genau übereinander (die Phasen stimmen überein). Der Phasenvergleicher wird vom Signal A auf "ein" und vom Signal B wieder auf "aus" geschaltet (ähnlich einer bistabilen Kippstufe). Am Ausgang entsteht das Signal C mit gleich langen Zeiten für EIN und AUS.

Ein nachgeschalteter Tiefpass (Integrierstufe) macht daraus eine Gleichspannung, die in diesem Fall genau der halben Maximalspannung entspricht (gestrichelte Linie). Diese Gleichspannung liegt dann am Steuereingang des VCO und bestimmt die Frequenz.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-14: Nicht übereinstimmende Phasen bei unterschiedlicher Frequenz erzeugt eine ansteigende Gleichspannung


Wird nun aus irgendeinem Grund die Frequenz des VCO beispielsweise höher, so ergeben sich Diagramme, wie sie im Bild 13-14 zu sehen sind. Die ansteigende Flanke von A schaltet den Phasenvergleicher "EIN", die abfallende Flanke des Signals vom Quarzgenerator B schaltet ihn "AUS". Bei der nächsten ansteigenden Flanke von A (gestrichelte Linie) wird bereits wieder eingeschaltet.

Dadurch entsteht am Ausgang des Phasenvergleichers ein Rechtecksignal, bei dem die Pausen kürzer werden. Der Mittelwert dieser Rechteckspannung wird höher und diese höhere Gleichspannung muss den VCO nun so steuern, dass seine Frequenz wieder niedriger wird, bis die Phasen von A und B wieder genau übereinstimmen. So wird also die Frequenz konstant gehalten.

Achtung! In den Prüfungsfragen der BNetzA ist die PLL-Schleife genau anders herum gezeichnet worden. Achten Sie auf die Wirkungspfeile!


Prüfungsfrage
TD701  Welche der nachfolgenden Aussagen ist richtig, wenn die im Bild dargestellte Regelschleife in stabilem Zustand ist?
Die Frequenz an Punkt A ist höher als die Frequenz an Punkt B.
Die Frequenzen an den Punkten A und B sind gleich.
Die Frequenzen an den Punkten A und C sind gleich.
Die Frequenz an Punkt B ist höher als die Frequenz an Punkt C.


Prüfungsfrage
TD702  Ein Frequenzsynthesizer soll eine einstellbare Frequenz mit hoher Frequenzgenauigkeit erzeugen. Die Genauigkeit und Stabilität der Ausgangsfrequenz eines Frequenzsynthesizers wird hauptsächlich bestimmt von
der Genauigkeit der eingesetzten Frequenzteiler.
der Genauigkeit und Stabilität des verwendeten spannungsgesteuerten Oszillators (VCO).
den Eigenschaften des eingesetzten Quarzgenerators.
den Eigenschaften des eingesetzten Phasenvergleichers.


Prüfungsfrage
TD704  Welche Baugruppen muss eine Phasenregelschleife (PLL) mindestens enthalten?
Einen VCO, einen Hochpass und einen Phasen­ vergleicher.
Einen VCO, einen Tiefpass und einen Phasen- vergleicher.
Einen Phasenvergleicher, einen Tiefpass und einen Frequenzteiler.
Einen Phasenvergleicher, einen Hochpass und einen Frequenzteiler.

Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses muss immer ein Kompromisswert sein. Wenn man eine gute Glättung haben möchte, braucht man eine lange Zeitkonstante, aber dann kann es sein, dass der VCO nicht schnell genau einrastet, wenn man die Frequenz ändert.


Prüfungsfrage
TD703  Welchen Einfluss kann der Tiefpass in der Phasenregelschleife (PLL) auf das vom spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) erzeugte Ausgangssignal haben?
Bei zu niedriger Grenzfrequenz werden Frequenzabweichungen nicht schnell genug ausgeregelt. Bei zu hoher Grenzfrequenz wird ein Ausgangssignal mit zu vielen Störanteilen erzeugt.
Bei zu hoher Grenzfrequenz werden Frequenzabwei­chungen nicht schnell genug ausgeregelt. Bei zu nied­riger Grenzfrequenz wird ein Ausgangssignal mit zu vielen Störanteilen erzeugt.
Bei zu hoher Grenzfrequenz stellt sich die Ausgangs­frequenz bei einer Frequenzumschaltung zu langsam, bzw. erst nach mehreren Überschwingern richtig ein. Dies tritt z.B. bei unter­schiedlicher Sende- und Emp­fangsfrequenz beim Betrieb über Relais- oder Digi­peater auf.
Der Tiefpass in einer PLL kann keinen Einfluss auf das Ausgangssignal ausüben, weil er nur gleichspan­nungsseitig eingesetzt ist und daher nur auf die Regel­spannung wirken kann.

Achtung! In den Prüfungsfragen der BNetzA ist die PLL-Schleife genau anders herum gezeichnet worden. Achten Sie auf die Wirkungspfeile in folgender Aufgabe!


Prüfungsfrage
TD706  Die Frequenz am Punkt A beträgt 12,5 kHz. Es sollen Ausgangsfrequenzen im Bereich von 12,000 MHz bis 14,000 MHz erzeugt werden. Welchen Bereich muss der Teilerfaktor umfassen?
300 bis 857
300 bis 1120
960 bis 857
960 bis 1120

Lösung: Der Teiler muss soweit herunterteilen, bis die Frequenzen am Phasenvergleicher übereinstimmen.

Ich behaupte: Wenn diese Frequenz aus der Aufgabe TD707 verzwölffacht wird, um von 12 MHz auf 144 MHz zu kommen, verzwölffacht sich das Kanalraster.

Beispiel
Auf welchen Wert steigt in Aufgabe TD707 die Ausgangsfrequenz, wenn der Teiler auf 961 geändert wird?
Lösung:
 
Wird diese Frequenz verzwölffacht, entsteht die Frequenz 144,150 MHz, also 150 kHz mehr. Das sind 12 mal 12,5 kHz.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-15: Einsatz einer PLL für das 2-m-Band


Frage
Wie groß müsste das Kanalraster im 12-MHz-Bereich sein, wenn bei 144 MHz ein Raster von 25 kHz
entstehen soll?

Antwort: Der Vervielfachungsfaktor von 12 auf 144 MHz ist 12. 25 kHz geteilt durch 12 sind 2083,333 Hz.

Frage
Welche Frequenz müsste der Quarzgenerator liefern, damit dieses Kanalraster entsteht?
Behauptung: Auch 2,0833333 kHz!

Frage
Wie groß muss der Teilerfaktor sein bei 12,000 MHz?

Antwort: 5760
Probe: Der Teilerfaktor wird auf 5761 gestellt. Mal 2,0833333 kHz ergibt es 12002,08314 kHz und mal 12 sind es 144,02499 MHz, also praktisch 25 kHz höher.

Man darf also behaupten:

Die Frequenz am Phasenvergleicher entspricht dem Kanalraster am Ausgang des VCO.


Prüfungsfrage
TD707  Wie groß muss bei der folgenden Schaltung die Frequenz an Punkt A sein, wenn bei der versechsfachten Ausgangsfrequenz ein Kanalabstand von 25 kHz benötigt wird?
ca. 4,167 kHz
25 kHz
300 kHz
150 kHz

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-16: PLL-Oszillator mit Mikroprozessorsteuerung


Im diesem Bild ist eine moderne PLL-Schaltung dargestellt. Der Mikroprozessor gibt den Teilerfaktor an den programmierbaren Teiler np . Man erkennt auch, dass der Quarz nicht direkt die Vergleichsfrequenz erzeugt sondern ebenfalls über einen, allerdings festen, Teiler arbeitet.

Aufgabe
Der Phasenvergleicher in Bild 13-16 arbeitet mit einer Vergleichsfrequenz von 2,0833333 kHz (siehe obiges Beispiel). Der Quarz hat eine Frequenz von 4,000 MHz. Welchen Tei-lerfaktor muss nQ haben?

Lösung:

PLL-Schleifen mit Mischstufe

Dieses Prinzip der Frequenzaufbereitung findet man heutzutage in allen modernen Funkgeräten. Diese programmierbaren Frequenzen werden anschließend mit Quarz-frequenzen oder weiteren PLL-Oszillatoren auf die gewünschte Endfrequenz gemischt.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-17: Frequenzaufbereitung für einen Kurzwellen-Transceiver für 3 bis 30 MHz mit zwei PLL-Schleifen


In obigem Bild 13-17 ist ein Blockschaltbild eines modernen Transceivers vorgestellt, der mit zwei PLL-Oszillatoren arbeitet. Die PLL-Schleife mit VCO1 rastet in 100-Hz-Schritten. Die einstellbaren 2 bis 2,999 MHz werden mit 65 MHz gemischt, so dass als Summe 67 bis 67,999 MHz zur Verfügung stehen. Die PLL-Schleife mit VCO2 rastet in 1-MHz-Schritten (Megahertz-Bereich) und kann von 6 bis 32 MHz eingestellt werden. Durch Mischung mit 67 bis 67,999 MHz ergeben sich am Ausgang dieser PLL-Schleife 73 bis 99,999 MHz. Diese werden durch Differenzbildung mit 70 MHz in den gewünschten Kurzwellenbereich von 3 bis 29,999 MHz gemischt.


Prüfungsfrage
TG110   Im folgenden Blockschaltbild ist die Frequenzaufbereitung für einen Amateurfunk-Transceiver dargestellt.

Welche Frequenz erzeugt der Sender, wenn VCO1 auf 2,651 MHz eingestellt und VCO2 auf 6 MHz eingerastet ist?

6,651 MHz
3,651 MHz
8,651 MHz
14,351 MHz

Lösung: Am Ausgang der PLL1 (VCO1) entsteht die Frequenz

Gemischt mit 6 MHz (VCO2) ergibt es bei PLL2

Diese Frequenz gemischt mit 70 MHz ergibt


Prüfungsfrage
TG111  Im folgenden Blockschaltbild ist die Frequenz- aufbereitung für einen Amateurfunk-Transceiver dargestellt.

Auf welcher Frequenz muss der VCO2 eingerastet haben, wenn eine Ausgangsfrequenz von 14,351 MHz abgegeben wird?

2,351 MHz
17,000 MHz
6,000 MHz
6,351 MHz

Kommentar dazu: Die .351 werden mit VCO1 eingestellt, also 2.351 MHz. Plus 65 ergibt 67,351. Im letzten Mischer werden 70 MHz subtrahiert. Also muss davor eine Frequenz von (70 + 14,…) MHz = 84, … . Um von 67,… auf 84,… zu kommen 17 MHz addiert werden. Das passiert bei PLL VCO2.

 


Der Empfänger

Der Empfänger hat die Aufgabe, aus den von der Antenne aufgefangenen Signalen die gewünschte Frequenz auszufiltern und dieses Signal zu demodulieren. Um die notwendige „Trennschärfe“ zu erhalten, werden zwei grundsätzlich verschiedene Empfängerprinzipien angewendet: das Geradeausprinzip und das Mischprinzip. Beide Prinzipien wurden bereits im Lehrgang zur Klasse E in der Lektion 18 erläutert. Wir werden hier nur die Prüfungsfragen besprechen, die mit diesen Themen zusammen hängen und dann weitere moderne Empfängerkonzepte vorstellen.


Prüfungsfrage
TF101  Welche Aussage ist für einen Doppelsuper richtig?
Durch eine hohe erste ZF erreicht man leicht eine gute Trennschärfe.
Das von der Antenne aufgenommene Signal bleibt bis zum Demodulator in seiner Frequenz erhalten.
Durch eine niedrige zweite ZF erreicht man leicht eine gute Trennschärfe.
Durch eine niedrige zweite ZF erreicht man leicht eine gute Spiegelselektion.


Prüfungsfrage
TF104  Wie ist bei modernen KW-Transceivern der Frequenzplan eines z.B. von 100 kHz bis 30 MHz durchstimmbaren Empfängers?
Die 1. ZF liegt höher als das Doppelte der maximalen Empfangsfrequenz. Nach der Filterung im Roofing-Filter (1. ZF) wird auf die 2. ZF im Bereich um 9 bis 10 MHz heruntergemischt.
Die Empfangsfrequenz wird direkt in die NF-Lage heruntergemischt (Direktmischung). Dabei können keine Spiegelfrequenzen auftreten.
Die 1. ZF liegt unter der niedrigsten Empfangsfrequenz. Ein Mitlauffilter unterdrückt Spiegelfrequenzen und andere Störfrequenzen.
Die 1. ZF liegt im Bereich um 9 bis 10 MHz. Dabei wird beim Abstimmen in Stufen umgeschaltet.

Was ist ein Roofing-Filter?


Prüfungsfrage
TF105  Wo wird die Bandbreite eines durchstimmbaren Empfängers festgelegt?
Durch den gegenseitigen Versatz von 2 Filtern bei der zweiten ZF
Im Filter bei der ersten ZF
Im Filter der letzten ZF
Im NF-Verstärker


Prüfungsfrage
TF106  Wie groß sollte die Bandbreite des Filters für die 1. ZF in einem durchstimmbaren Empfänger sein?
Mindestens so groß wie die größte benötigte Bandbreite der vorgesehenen Betriebsarten.
Mindestens so groß wie die doppelte Bandbreite der jeweiligen Betriebsart.
Mindestens so groß wie das breiteste zu empfangende Amateurband.
Sie muss den vollen Abstimmbereich des Empfängers umfassen.


Prüfungsfrage
TF201  In dieser Schaltung können bei einer Empfangsfrequenz von 145,6 MHz und einer Oszillatorfrequenz von 134,9 MHz Spiegelstörungen auftreten. Berechnen Sie diese Spiegelfrequenz.
156,3 MHz
134,5 MHz
124,2 MHz
280,5 MHz

Lösung: In folgendem Bild 13-19 sei noch einmal das Prinzip des Spiegelfrequenzempfangs dargestellt. Symmetrisch zum Oszillator liegen Eingangs- und Spiegelfrequenz im Abstand der Zwischenfrequenz.


Bild 13-19: Spiegelfrequenzempfang


In Aufgabe TF205 liegt die Oszillatorfrequenz unterhalb der Eingangsfrequenz. Der Abstand zwischen beiden ist die Zwischenfrequenz

.

In weiteren 10,7 MHz tiefer liegt die Spiegelfrequenz

.


Prüfungsfrage
TF202  In der folgenden Schaltung können bei einer Empfangs- frequenz von 28,3 MHz und einer Oszillatorfrequenz von 39 MHz Spiegelfrequenzstörungen bei
67,3 MHz auftreten.
39 MHz auftreten.
49,7 MHz auftreten.
17,6 MHz auftreten.


Prüfungsfrage
TF401    Ein Empfänger hat eine ZF von 10,7 MHz und ist auf 28,5 MHz abgestimmt. Der Oszillator des Empfängers schwingt oberhalb der Empfangsfrequenz. Welches ist die richtige Spiegelfrequenz?
39,2 MHz
49,9 MHz
17,8 MHz
48,9 MHz


Prüfungsfrage
TF402  Wodurch wird beim Überlagerungsempfänger die Spiegelfrequenzdämpfung bestimmt?
Durch die PLL-Frequenzaufbereitung
Durch die Demodulatorkennlinie
Durch die Abstimmung des Oszillators
Durch die Vorselektion


Prüfungsfrage
TF403  Welche Baugruppe eines Empfängers bestimmt die Trennschärfe?
Die Filter im ZF-Verstärker
Die Vorkreise in der Vorstufe
Der Oszillatorschwingkreis in der Mischstufe
Die PLL-Frequenzaufbereitung


Prüfungsfrage
TF409  Eine schmale Empfängerbandbreite führt im allgemeinen zu einer
hohen Trennschärfe.
fehlenden Trennschärfe.
unzulänglichen Trennschärfe.
schlechten Demodulation.


Prüfungsfrage
TF416  Beim Empfang einer Funkstelle auf 14,24 MHz, bei der sich die erste ZF des Empfängers auf 10,7 MHz befindet, können Spiegelfrequenzstörungen durch Signale auf
14,54 MHz auftreten.
10,7 MHz auftreten.
35,64 MHz auftreten.
24,31 MHz auftreten.


Prüfungsfrage
TF421  Die Frequenzdifferenz zwischen dem HF-Nutz­signal und dem Spiegelsignal entspricht dem
HF-Nutzsignal plus der ersten ZF.
zweifachen des HF-Nutzsignals.
dreifachen der dritten ZF.
zweifachen der ersten ZF.


Prüfungsfrage
TF423  Die Frequenzdifferenz zwischen dem HF-Nutz­signal und dem Spiegelsignal entspricht
dem zweifachen der ersten ZF.
der Frequenz des lokalen Oszillators.
der HF-Eingangsfrequenz.
der Frequenz des Preselektors.


Prüfungsfrage
TF425  Eine hohe erste ZF vereinfacht die Filterung zur Vermeidung von
Nebenaussendungen.
Beeinflussung des lokalen Oszillators.
Spiegelfrequenzstörungen.
Störungen der zweiten ZF.

Doppelsuper

Folgendes Bild zeigt die Standardschaltung eines Zweifachüberlagerungsempfängers (Doppelsuper) alter Bauart.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-20: Doppelsuper Standardschaltung


Ein Hochfrequenzverstärker mit Vorfilter sorgt für die nötige Spiegelfrequenzunterdrückung und Empfindlichkeit. Mit dem VFO wird im ersten Mischer die Eingangsfrequenz auf die erste relativ hohe Zwischenfrequenz herunter gesetzt. Diese soll eine gute Spiegelfrequenzunterdrückung bewirken. Die Bandbreite dieses Verstärkers muss mindestens die breitbandigste Betriebsart des Empfängers (FM) durchlassen können. Gern werden dort 10,7-MHz-Filter eingesetzt.

Von dort wird für eine gute Trennschärfe auf eine zweite niedrige Zwischenfrequenz herunter gemischt. Weil die erste Zwischenfrequenz bereits konstant ist, kann man mit einem Quarzoszillator fester Frequenz (crystal oscillator CO) mischen. Der BFO (beat frequency oscillator) bietet den nötigen Trägerzusatz bei SSB- oder CW-Empfang. Mehr dazu in der vorigen Lektion unter „Produktdetektor“.


Prüfungsfrage
TF203  Folgende Schaltung stellt einen Doppelsuper dar.

Welche Funktion haben die drei mit X, Y und Z gekennzeichneten Blöcke?

X und Y sind Mischer, Z ist ein Produktdetektor
X ist ein Mischer, Y ist ein Produktdetektor, Z ist ein Mischer
X und Y sind Produktdetektoren, Z ist ein HF-Mischer
X und Y sind Balancemischer, Z ist ein ZF-Verstärker


Prüfungsfrage
TF204  Folgende Schaltung stellt einen Doppelsuper dar.

Welche Funktion haben die drei mit X, Y und Z gekennzeichneten Blöcke?

X ist ein BFO, Y ist ein CO und Z ein VFO
X ist ein VFO, Y ist ein BFO und Z ein CO
X ist ein VFO, Y ist ein CO und Z ein BFO
X ist ein BFO, Y ist ein VFO und Z ein CO


Prüfungsfrage
TF205  Ein Doppelsuper hat eine erste ZF von 10,7 MHz und ein zweite ZF von 460 kHz. Die Empfangsfrequenz soll 28 MHz sein.

Welche Frequenz ist für den VFO und für den CO erforderlich, wenn die Oszillatoren oberhalb des Nutzsignals schwingen sollen?

Der VFO muss bei 38,70 MHz und der CO bei 12,24 MHz schwingen.
Der VFO muss bei 10,24 MHz und der CO bei 17,30 MHz schwingen.
Der VFO muss bei 38,70 MHz und der CO bei 11,16 MHz schwingen.
Der VFO muss bei 28,46 MHz und der CO bei 11,16 MHz schwingen.

Lösung: Der erste Oszillator (VFO) muss um die 1.ZF höher schwingen, also

Der zweite Oszillator (CO) muss um die 2.ZF höher schwingen als die erste, also
460 kHz plus 10,7 MHz = 11,16 MHz.


Prüfungsfrage
TF307  Ein Doppelsuper hat eine erste ZF (ZF1 ) von 10,7 MHz und eine zweite ZF (ZF2) von 450 kHz. Die Empfangsfrequenz soll 28 MHz sein. Die Oszillatoren sollen oberhalb des Nutzsignals schwingen. Welches sind die richtigen Oszillatorfrequenzen fo1 und fo2 ?

1. Oszillatorfrequenz:         fo1 = 38,7 MHz
2. Oszillatorfrequenz:         fo2 = 11,15 MHz.

1. Oszillatorfrequenz:         fo1 = 38,7 MHz
2. Oszillatorfrequenz:         fo2 = 39,15 MHz.
1. Oszillatorfrequenz:         fo1 = 11,15 MHz
2. Oszillatorfrequenz:         fo2 = 38,7 MHz.
1. Oszillatorfrequenz:         fo1 = 28,45 MHz
2. Oszillatorfrequenz:         fo2 = 17,75 MHz.

BFO siehe auch Lektion 12


Prüfungsfrage
TF420  Welchem Zweck dient ein BFO in einem Empfänger?
Zur Trägererzeugung, um A1A-Signale hörbar zu machen.
Zur Mischung mit einem Empfangssignal zur Erzeugung der ZF
Zur Unterdrückung der Amplitudenüberlagerung
Um FM-Signale zu unterdrücken


Prüfungsfrage
TF414  Für CW-Empfang sollte die Differenz zwischen der BFO-Frequenz und der End-ZF ungefähr
200 Hz betragen.
die halbe ZF-Frequenz betragen.
800 Hz betragen.
4 kHz betragen.


Prüfungsfrage
TF417  Für die Demodulation von SSB-Signalen wird normalerweise ein Hilfsträgeroszillator verwendet. In hochwertigen Empfängern ist dieser Oszillator
quarzgesteuert.
varaktorgesteuert.
freischwingend.
ein VFO.


Prüfungsfrage
TF418  Ein Empfänger arbeitet mit einer End-ZF von 455 kHz. Welche BFO-Frequenz wäre beim CW-Empfang geeignet?
455 kHz
465,7 kHz
455,8 kHz
10,7 MHz

RX mit sehr hoher ZF

Heutzutage sind Empfänger mit einer sehr hohen ersten Zwischenfrequenz üblich, damit die Spiegelfrequenz soweit weg liegt, dass man mit einem Tiefpass für den Kurzwellenbereich zur Spiegelfrequenzunterdrückung auskommt. Diese erste ZF muss möglichst mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste Empfangsfrequenz. Bei 30 MHz wären es also 60 MHz ZF-Mittenfrequenz.

Nach der Filterung in dieser ersten ZF (roofing filter) wird für eine gute Trennschärfe auf die zweite niedrigere ZF herunter gemischt. Man wählt gern den 9-MHz-Bereich, weil es dafür gute Quarzfilter gibt. Ein solcher Empfänger wurde bereits im Lehrgang Klasse E vorgestellt. Hier sehen Sie noch einmal das Blockschaltbild.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-21: Empfänger mit sehr hoher ZF

Aufgabe: Berechnen Sie dazu die Spiegelfrequenz für eine Eingangsfrequenz von 14,2 MHz bei 53 bis 80 MHz VFO-Frequenz.

Lösung:


An diesem Beispiel erkennt man, dass der Spiegelfrequenzbereich weit oberhalb vom Kurzwellenbereich ist, nämlich um 100 MHz höher.


Prüfungsfrage
TF103  Eine hohe erste Zwischenfrequenz
trägt dazu bei, mögliche Beeinflussungen des lokalen Oszillators durch Empfangssignale zu reduzieren.
ermöglicht bei großem Abstand zur Empfangsfrequenz eine hohe Spiegelfrequenzunterdrückung.
sollte möglichst nahe an der Empfangsfrequenz liegen, um eine gute Spiegelfrequenzunterdrückung zu erreichen.
verhindert auf Grund ihrer Höhe, dass durch die Umsetzung auf die zweite Zwischenfrequenz Spiegelfre­quenzen auftreten.


Prüfungsfrage
TF209  Welchen Vorteil haben Kurzwellen-Empfänger mit einer sehr hohen ZF-Frequenz (z.B. 50 MHz)?
Filter für 50 MHz haben eine höhere Trennschärfe.
Die Spiegelfrequenz liegt sehr weit außerhalb des Empfangsbereichs.
Ein solcher Empfänger hat eine höhere Großsignalfestigkeit.
Man erhält einen Empfänger für Kurzwelle und gleichzeitig für Ultrakurzwelle.


Prüfungsfrage
TF210  Welchen Frequenzbereich kann der VFO des im folgenden Blockschaltbild gezeichneten HF-Teils eines Empfängers haben?
20 bis 47 MHz oder 47…74 MHz
20 bis 47 MHz oder 53…80 MHz
23 bis 41 MHz oder 53…80 MHz
23 bis 41 MHz oder 47…74 MHz


Prüfungsfrage
TF211  Welchen Frequenzen können die drei Oszillatoren des im folgenden Blockschaltbild gezeichneten Empfängers haben, wenn eine Frequenz von 3,65 MHz empfangen wird? Bei welcher Antwort sind alle drei Frequenzen richtig?
VFO: 46,35 MHz;   CO1: 41 MHz;   CO2: 9,455 MHz
VFO: 23,65 MHz;   CO1: 59 MHz;   CO2: 8,545 MHz
VFO: 46,35 MHz;   CO1: 41 MHz;   CO2: 9,545 MHz
VFO: 46,35 MHz;   CO1: 51 MHz;   CO2: 9,455 MHz

Lösung: VFO: 50 - 3,65 = 46,35
            CO1: 50 - 9 = 41               oder  50 + 9 = 59
            CO2:  9 - 0,455 = 8,545     oder    9 + 0,455 = 9,455

Der Direktüberlagerungsempfänger

Ein sehr einfacher Empfänger ganz ohne Zwischenfrequenz wird manchmal für Selbstbauprojekte verwendet. In meinem damaligen Amateurfunklehrgang Teil 3 vom Frech-Verlag von 1984 wurde solch ein Direktüberlagerungsempfänger vorgestellt. Einen Bausatz gab es als DARC-JR08.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-22: Prinzip des Direktüberlagerungsempfängers


Die Bezeichnung „Überlagerungsempfänger“ ist eigentlich etwas unglücklich, denn es handelt sich eigentlich um einen Geradeausempfänger ohne HF-Verstärkung, der nur aus einem Produktdetektor als Demodulator besteht. Über den VFO wird praktisch direkt auf der Empfangsfrequenz der notwendige Träger für die SSB-Demodulation zugeführt. Ich werde diesen Empfänger als Projekt gelegentlich auf meine Homepage setzen unter www.amateurfunklehrgang.de (Projekt). Der Empfang mit diesem Empfänger war seinerzeit verblüffend gut. Ein Nachbau lohnt sich.


Prüfungsfrage
TF301  Wo liegt bei einem Direktüberlagerungsempfänger üblicherweise die Injektionsfrequenz des Mischers?
Sehr viel tiefer als die Empfangsfrequenz
Sehr weit über der Empfangsfrequenz
In nächster Nähe zur Empfangsfrequenz
bei 9 MHz

Erläuterung: Sie Text oberhalb!

Empfänger mit PLL

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-23: Allbandempfängerprinzip mit zweifacher PLL

Die Frequenzaufbereitung mit PLL wurde weiter oben bereits ausführlich besprochen. Der Empfänger arbeitet wie ein Sender mit Frequenzmischung, um die Eingangsfrequenz bis zur Demodulationsstufe herunter zu mischen. Als letzte Zwischenfrequenz wird meistens 455 bis 475 kHz gewählt. Es wird am Beispiel des bekannten Empfängers NRD 505 ein interessantes Konzept vorgestellt, das auch in anderen Empfängern in ähnlicher Weise vorhanden ist.

Die angegebenen Frequenzen (in MHz) wurden etwas gerundet. Als zweite ZF wird in der Praxis nicht 0,5 MHz sondern tatsächlich 455 kHz verwendet. Die Besonderheit dieses Empfängers ist die Frequenzaufbereitung. Aus einem 10-MHz-Quarzoszillator werden durch Frequenzteilung die Frequenzen 5 MHz, 1 MHz und 100 Hz gewonnen. Die Frequenzen 1 MHz und 100 Hz werden als Vergleichsfrequenzen für die Phasenvergleicher dieser PLLs verwendet. Damit lässt sich der VCO1 für die feine Frequenzeinstellung in 100-Hz-Schritten einrasten. Der VCO2 ist der PLL-Oszillator für den groben Frequenzbereich im 1-MHz-Raster. Er bekommt sein Signal von einem programmierbaren Frequenzteiler np . np liefert nur ganze MHz zwischen 3 und 32 MHz.

Angenommen, es soll eine Frequenz von 15,0 MHz empfangen werden. Der VCO2 muss eine Frequenz von 70,5 MHz + 15,0 MHz = 85,5 MHz liefern. Er wird mit 67,5 MHz (Bereichsanfang) + 18 MHz
synchronisiert. Der VFO steht dementsprechend auf 2,5 MHz.

Soll eine Frequenz von 15,1 MHz empfangen werden, steht der VFO auf 2,6 MHz. Damit ergeben sich am Ausgang von VCO1 nun 67,6 MHz und bei unverändert eingestelltem VCO2 an seinem Ausgang 85,6 MHz. Diese ergeben mit 15,1 MHz gemischt wieder 85,6 - 15,1 = 70,5 MHz Zwischenfrequenz.

Aufgabe
Versuchen Sie einmal selbst herauszubekommen, auf welchen Frequenzen die beiden VCOs und der VFO eingestellt sind, wenn folgende Frequenzen (1. Spalte) empfangen werden sollen.


Prüfungsfrage
TF213  Dies ist das Blockschaltbild eines modernen Empfängers mit PLL-Frequenzaufbereitung.
Zeichnung: Eckart Moltrecht

Es soll eine Frequenz von 15,0 MHz empfangen werden. Welche Frequenzen liefern VCO1 und VCO2 , wenn der programmierbare Frequenzvervielfacher np dabei 18 MHz liefert?

VCO1 :  67,5 MHz,      VCO2 :   87,5 MHz
VCO1 :  68,5 MHz,      VCO2 :   85,5 MHz
VCO1 :  85,5 MHz,      VCO2 :   67,5 MHz
VCO1 :  67,5 MHz,      VCO2 :   85,5 MHz

Lösung: Soll mit dem Allbandempfänger nach Bild 13-23 eine Frequenz von 15,0 MHz (also Anfangsbereich ,0) empfangen werden, steht der VFO auf 2,5 MHz (Anfang). Damit ergeben sich am Ausgang von VCO1 nun 67,5 MHz. VCO2 liefert am Ausgang 85,5 MHz. (70,5 + 15).


Der Konverter

Ein vorhandener Kurzwellenempfänger lässt sich als ZF-Verstärker, Demodulator und NF-Verstärker für den Empfang von Ultrakurzwellen (2-m-Band) verwenden, indem man einen Frequenzumsetzer (Konverter) dazwischen schaltet. Soll zum Beispiel das 2-m-Band von 144-146 MHz empfangen werden, benötigt man für den Mischer eine Oszillatorfrequenz von 116 MHz, die man durch Verdreifachung aus 38,667 MHz erhält. Mischt man 144 MHz mit 116 MHz, erhält man 28 MHz. Stellt man den Kurzwellenempfänger (RX im Bild) auf 30 MHz, empfängt man 146 MHz (146-116 = 30).

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-24: Empfangskonverter


Prüfungsfrage
TF208  Diese Schaltung stellt
einen 2-m-Transverter zur Vorschaltung vor einen KW-Empfänger dar.
Teile von Empfangsstufen eines 10-m-Band-Empfängers dar.
einen 2-m-Konverter für einen KW-Empfänger dar.
Teile der Senderaufbereitung für das 10-m-Band dar.

Für das 70-cm-Band gibt es nach diesem Empfangsprinzip ein Problem, wenn man wirklich nur einen Empfänger für den Amateurfunkbereich des 10-m-Bandes hat, also nur den 28 bis 30 MHz empfangen kann. Für das 2-m-Band passt es gerade, denn das 2-m-Band ist auch nur zwei Megahertz breit. Aber das 70-cm-Band geht von 430 MHz bis 440 MHz. Das sind 10 MHz Breite!

Man löst das Problem, indem man den Quarzoszillator des Konverters umschaltet und die Injektionsfrequenz so auswählt, dass jeweils ein 2 MHz breiter Bereich des 70-cm-Bandes in den 2 MHz breiten Bereich des 10-m-Bandes konvertiert wird.


Prüfungsfrage
TF206  Welche beiden Frequenzen muss der Quarzoszillator erzeugen, damit im 70-cm-Bereich die oberen 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz fosz soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.
45,556 und 45,778 MHz
45,333 und 45,556 MHz
45,111 und 45,333 MHz
44,889 und 45,111 MHz

Lösung: Um von 436 MHz auf 28 MHz zu mischen, benötigt man eine Injektionsfrequenz von

Dieser Wert durch neun geteilt ergibt die Frequenz des Quarzoszillators.




Prüfungsfrage
TF207  Welche beiden Frequenzen muss der Quarzoszillator erzeugen, damit im 70-cm-Bereich die unteren 4 MHz durch diesen Konverter empfangen werden können? Die Oszillatorfrequenz fosz soll jeweils unterhalb des Nutzsignals liegen.
45,111 und 45,333 MHz
44,444 und 44,667 MHz
44,889 und 45,111 MHz
44,667 und 44,889 MHz

Tipp: Für 4 MHz braucht man nur die ersten beiden 2-MHz-Bereiche, also Anfangsfrequenzen 430 und 432 MHz. Davon ziehen Sie jeweils 28 MHz ab und teilen durch neun.

Der Transverter

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-25: Blockschaltbild für einen 2-m-Transverter


Das Prinzip der Frequenzumsetzung durch Mischung nutzt man bei einem Transverter (transmitter converter) aus. Angenommen, es sei ein Kurzwellensender für den Frequenzbereich 28,0 bis 30,0 MHz vorhanden. Wenn man nun dessen Frequenzbereich mit 116 MHz mischt, erhält man als Summe 144,0 bis 146,0 MHz, also genau den Frequenzbereich für das 2-m-Band.

Transceiver-Konverter

Ein Konverter für Sendung und Empfang wird ebenfalls Transverter genannt. Es ist sozusagen ein Transceiver-Konverter.

Zeichnung: Eckart Moltrecht
Bild 13-26: Transverter 10 m / 2 m


Im Empfangsfall wird die Frequenz 144 MHz auf 28 MHz, bzw. 146 MHz auf 30 MHz heruntergesetzt. Der Empfänger des Transceivers (TRX) muss also den Frequenzbereich 28 bis 30 MHz aufweisen. Im Sendefall (die Schalter sind nach unten gestellt) werden die 28 bis 30 MHz in den Bereich 144 bis 146 MHz umgesetzt.


Prüfungsfrage
TF212  Diese Blockschaltung stellt
einen Empfangskonverter für das 2-m-Band dar.
einen Transverter für das 2-m-Band dar.
einen Vorverstärker für das 10-m-Band dar.
einen Transceiver für das 10-m-Band dar.

Viel Erfolg beim Lehrgang wünscht Ihnen Eckart Moltrecht DJ4UF!


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Copyright-Hinweis:
Eckart K. W. Moltrecht Dieser DARC-Online-Lehrgang wurde mit freundlicher Genehmigung des Autors Eckart K. W. Moltrecht aus seinen Büchern "Amateurfunk-Lehrgang für das Amateurfunkzeugnis" aus dem VTH-Verlag für das Internet umgewandelt. Das Copyright liegt beim Autor und beim Verlag. Mehr über den Autor!
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Letzte Bearbeitung: 06.11.2016 DK2DQ, 01.07.2017 DJ4UF
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